一、基本原理
数据收集与处理：获取研究区DEM、土地利用、土壤类型和水系分布等空间数据，建立气象（降雨、气温等）、土壤（质地、有机质）和水质（总磷、COD等）属性数据库。同时，调研农作物种植结构、施肥管理和畜禽养殖规模等农业投入数据，为模型率定提供基础。
图1 技术路线
室内降雨模拟试验：搭建坡面模拟装置，设定不同坡度（6°、12°、18°）和降雨强度（40、60、90 mm/h）条件进行人工降雨试验。在试验过程中实时测量坡面水深、流速、泥沙浓度和养分浓度等参数（采样频率1次/分钟，单次60分钟），获取不同条件下的流失规律，为模型参数识别和校准提供依据。
图2 模拟降雨实验装置布置图
模型模拟与负荷核算：将实验和实测资料输入模型，利用TVD格式水动力-泥沙-污染物模型（兼容SWAT）进行流域尺度模拟。根据模拟输出结果，计算不同空间单元的径流量、泥沙量和氮磷负荷等，并绘制面源污染负荷的空间分布图，实现“源”和“汇”识别。
削减效果评价：根据模拟结果评估不同农业管理和工程措施（如配置田沟塘、调整梯田坡耕种植）对流域面源污染削减的效果，分析“田-沟-塘”体系与阶梯式耕作对污染物路径的改变。
技术示范与推广：在示范区进行试点运行，与现场监测数据对比评估模型精度；组织专家论证和用户评审，形成技术报告和指导方案，为工程应用提供数据支持和决策依据。
图3 流域磷污染识别
二、技术创新点及主要技术经济指标
1 技术创新点：
模型创新：自主研发适用于不同坡度的TVD格式二维水动力-泥沙-污染物耦合模型，解决了传统水动力模型在丘陵坡耕地强非均匀泥沙环境下模拟不稳定和精度低的问题。模型将室内降雨试验与二维水动力和物质输运模型结合，能够在坡面-景观-流域三级尺度上连续模拟径流、泥沙和污染物的迁移演变。
实验验证：通过设计阶梯式耕地和田沟塘体系的模拟实验，定量分析不同地形改造对水、沙、磷过程及其耦合关系的影响。验证了田-沟-塘等生态措施对削减面源污染的作用机理，为模型的应用和策略制定提供可靠支撑。
多源耦合：创新引入农业种植、畜禽养殖和城镇复合面源耦合，构建了涵盖气象、土壤、土地利用和养分管理的综合参数库，实现了模型对复杂混合面源的精准刻画。该耦合技术突破了传统单一参数模型的局限，提高了面源负荷核算的空间分辨率和动态准确性。
技术应用：技术在重庆永川示范区现场验证应用良好，通过模型模拟得到的面源负荷计算结果与实测数据高度吻合，核算精度提升了5%以上。示范应用中还评估了梯田、渠系和农业管理措施对污染减排的效益，为流域管理提供了定量依据。
2 主要技术经济指标：
模型精度指标：面源污染负荷核算相对误差降低5%以上；模型模拟结果R²提高，可解释程度增强。
运行效率：基于栅格化处理的分布式模型，支持以分钟级时间步长对百余平方公里流域进行连续模拟，计算效率较高。
资源投入产出：在临江河流域进行优化农业管理方案（如配置合理的梯田-沟塘配置等），可年均减少流域氮磷负荷20%-30%。根据示范区反馈，农田改良和生态措施投资回收期短于5年，具有明显生态经济效益。
三、技术来源及知识产权概况
1 专利：
（1） 自主研发，基于作物物候和施肥节律的区域施肥和流失时空分布求解算法，发明专利，ZL202411967028.2；
2 第一资助期刊论文：
（1） Yuxi Nie, Guoxian Huang*, Sichen Tong, et al., 2024. Assessing the impacts of rice terraces and ponds on the sediment and phosphorus loads in a typical hilly watershed of three gorge reservoir, China. Journal of Cleaner Production.,495(2024): 142560. (IF 11)
（2）黄国鲜,聂玉玺,张清寰,童思陈,赵健,梁东方,陈炜.流域农业面源污染迁移过程与模型研究及其展望[J].环境工程技术学报2023,13(04):1364-1372.
（3）王祥,陈炜*,黄国鲜*,童思陈，徐向舟，聂玉玺，宋永会.长江上游典型丘陵山区坡耕地径流及氮磷碳流失特征[J].环境工程技术学报,2024,14(05):1589-1598.
（4）王祥,陈炜,童思陈*,黄国鲜*，徐向舟，聂玉玺.雨强对紫色土坡耕地径流中氮磷流失的影响[J].环境工程技术学报, 2025,15(03):1045-1054.
3 数据库：
《临江河水文、水质、地貌、植被等》基础数据库；
《不同降雨与坡面条件下紫色土水沙水质流失过程等试验数据》数据库
获奖：
1 “大坝调控对水质影响模拟技术”，中国大坝工程学会科技进步一等奖，《湖库富营养化精准评估与协同控制关键技术及应用》，省部级，2023年，证书编号 2022-J-1-14-R08
2. “梯级库群水质负荷核算”，湖北省自然科学技术奖一等奖，《三峡工程河库系统生境演化规律及水沙适应性调控》，省部级，2023年，证书编号 2022J-208-1-037-021-R10
四、技术在示范工程应用概况
在重庆永川区长江上游典型丘陵示范区开展了工程应用。通过现场调研和模型模拟相结合，技术实现了流域范围内面源污染负荷的定量核算。在示范区部署自动水质和气象监测装置，采集实时数据并用于模型校准。经实测对比，技术计算结果准确可靠，面源污染负荷核算精度提高了5%以上。示范运行表明，该技术可指导农田水利设施（田埂、排水沟、沉淀池等）设计与配置，优化坡耕地生产结构，有效提升土壤保水保肥能力。在第三方评估和专家论证中，技术成熟性和实用价值获得一致认可，为后续推广提供了良好基础。
